Plant Design of Cluster LNG (Liquefied Natural Gas) in Bukit

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print)
B-53
Plant Design of Cluster LNG (Liquefied Natural Gas) in
Bukit Tua Well, Gresik
Pradnya A. Putri, Shinta S. Hajar, Gede Wibawa dan Winarsih
Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia
e-mail: [email protected]
Abstrak— Gas alam atau yang sering disebut sebagai gas bumi
adalah bahan bakar fosil berbentuk gas yang terutama terdiri
dari metana (CH4). Gas alam cair (Liquefied Natural Gas) adalah
gas alam yang telah diproses untuk menghilangkan pengotor dan
hidrokarbon berat kemudian gas alam dikondensasi menjadi
cairan pada tekanan atmosfer dengan mendinginkannya sekitar 160oC dengan tujuan untuk mempermudah pengangkutan karena
volume gas sebelum dan sesudah dicairkan adalah 600:1. Saat ini
gas alam diolah menjadi Liquefied Natural Gas (LNG) dan
Liquefied Petroleum Gas (LPG), sedangkan sisa pencairan gas
alam yang berupa condensate juga memiliki nilai ekonomis yang
tinggi karena sifatnya yang mirip minyak mentah (crude oil)
dengan kualitas yang terbaik. Gas alam tidak berwarna, tidak
berbau, tidak korosif, tidak beracun, dan ramah lingkungan. Gas
alam juga digunakan sebagai pembangkit listrik PLTG dan
PLTU. Berdasarkan data Neraca Gas Indonesia pada tahun 2010
Indonesia mengalami defisit sebesar 18,57 MTPA (Million Ton
Per Annum). Pabrik Cluster LNG direncanakan dibangun pada
tahun 2015 dengan target siap beroperasi pada tahun 2018.
Pabrik ini berlokasi di Gresik dengan bahan baku yang diperoleh
dari sumur Lapangan Bukit Tua, Gresik, Jawa Timur dengan
cadangan gas alam sebesar 52359,62 MMSCFD. Kapasitas
pabrik ini adalah 20 MMSCFD. Pabrik ini akan memenuhi
kebutuhan konsumen skala kecil hingga menengah atas seperti
halnya pembangkit listrik untuk daerah Bali, Lombok dan Jawa
Timur. Rangkaian proses pabrik ini adalah unit Dehydration, unit
Acid Gas Removal, unit Refrigeration dan unit Liquefaction.
Analisa ekonomi dari pabrik ini adalah investasi sebesar 60
MUSD, IRR sebesar 39,67%, POT selama 2,38 tahun, BEP
sebesar 18% dan NPV 10 tahun sebesar 63,904 MUSD.
Kata Kunci— Cluster LNG, gas alam, LNG, LPG
III. PENDAHULUAN
G
as alam merupakan suatu campuran yang tersusun dari
gas-gas hidrokarbon (CnH2n+2) dimana gas-gas tersebut mudah
terbakar dan susunan yang utama dari gas alam itu sendiri
terdiri dari metana (CH4) yang merupakan molekul
hidrokarbon dengan rantai terpendek dan teringan. Gas alam
juga merupakan sumber utama untuk sumber gas helium.
Karakterisik dari gas alam pada keadaan murni antara lain
tidak berwarna, tidak berbentuk, dan tidak berbau. Selain itu,
gas alam mampu menghasilkan pembakaran yang bersih dan
juga hampir tidak menghasilkan emisi buangan yang dapat
merusak lingkungan. Selain itu gas alam juga dapat
mengandung etana, propana, butana, pentana, dan juga gas-gas
yang mengandung sulfur. Kontaminan (pengotor) utama dari
suatu gas biasanya berupa campuran organosulfur dan
hidrogen sulfida yang harus dipisahkan. Gas dengan jumlah
pengotor sulfur yang signifikan dinamakan sour gas dan sering
disebut juga sebagai "acid gas (gas asam)".
Di sektor gas alam, Indonesia masih tercatat sebagai salah
satu negara penghasil gas alam yang diakui dunia. Menurut
data Departemen ESDM pada 2010 total cadangan gas alam
Indonesia tercatat mencapai 157,14 TCF (triliun cubic feet)
atau 4,449 x 1015 liter (1 ft3 = 1027 btu = 0,0283168 m3 =
0,21875 ton = 0,0001767 boe, barrel of oil equivalent). Dari
jumlah tersebut, sebanyak 108,4 TCF (3,185 × 1015 liter)
merupakan gas alam terbuktikan sementara 48,74 TCF (1,914
× 1015 liter) sisanya belum terbuktikan atau potensial.
Indonesia memiliki cadangan gas alam yang sangat besar dan
tersebar di berbagai daerah tetapi untuk saat ini sumber gas
alam Indonesia baru terdapat di empat tempat saja. Keempat
tempat tersebut adalah Arun (Nangroe Aceh Darussalam),
Pulau Natuna, Bontang (Kalimantan Timur), dan Tangguh
(Irian Jaya Barat). Saat ini sumur-sumur eksplorasi gas alam
seperti di blok Arun (NAD) atau Bontang (Kalimantan Timur)
sudah mulai uzur karena sudah beroperasi lebih dari setengah
abad. Sehingga pemerintah pun mulai mengoptimalkan proyek
eksplorasi gas alam lain misalnya di lapangan Tangguh
(Papua) atau Natuna (Kepulauan Riau). Hasil feasibility study
Departemen ESDM membuktikan, dua lapangan itu
menyimpan cadangan gas bumi yang berlimpah, lapangan
Tangguh sebesar 24,32 TCF serta Natuna sebesar 51,46 TCF.
Baru-baru ini juga ditemukan potensi eksplorasi baru seperti di
Cekungan Sumatra Utara (Baong Shale), Sumatra Bagian
Tengah (Telisa Shale), Jambi, dan Sumatra Selatan (Gumai
Shale). Selain itu juga ditemukan di Jawa Barat dan Jawa
Timur dan juga beberapa tempat lain di Indonesia yang belum
dieksploitasi karena kandungan gas alamnya relatif kecil
sehingga belum dapat diolah secara komersial [1].
Liquefied Natural Gas (LNG) adalah gas alam yang
dicairkan dengan cara didinginkan pada temperature sekitar 160oC dan pada tekanan atmosfer. Proses tersebut juga untuk
menghilangkan ketidakmurnian dan hidrokarbon berat pada
gas alam tersebut. Dengan pencairan gas alam tersebut,
volume spesifik gas alam dapat mengecil hingga 1/600 kali
lipat dibandingkan kondisi awalnya. Gas alam cair tersebut
dapat disimpan dalam tangki atmosferik serta mudah diangkut
dalam jumlah yang besar menuju tempat yang jauh dengan
menggunakan kapal tanker LNG dimana jalur pipa tidak
tersedia atau jalur pipa tidak ekonomis.
Untuk transportasi gas alam dalam skala kecil dan berjarak
dekat dari sumber gas alam seperti halnya untuk pemenuhan
kebutuhan bahan bakar pembangkit listrik maka metode yang
lazim digunakan adalah menggunakan tanki bertekanan sekitar
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print)
200 bar atau lebih dikenal dengan Compressed Natural Gas
(CNG) [2].
Cluster LNG Storage Tank merupakan suatu metode terbaru
yang diusung dan dipatenkan oleh DSME sebagai suatu sarana
berupa media penyimpanan LNG. Cluster LNG Storage Tank
adalah sebuah tangki penyimpanan LNG dimana biasanya
kondisi tekanan operasinya adalah sekitar 20 bar. Secara fisik
cluster LNG ini memiliki tinggi dan diametar berurutan yaitu
20 meter dan 4 meter. Volume gas alam dapat dikecilkan
hingga 600 kali dengan cara merubah fasa gas alam menjadi
cair. Hal ini dapat dicapai dengan mendinginkan hingga
temperatur cryogenic ( temperatur dibawah -150 oC) menjadi
LNG (Liquified Natural Gas) ataupun meningkatkan tekanan
menjadi LPG (Liquified Petroleum Gas) [3]-[4].
Pabrik ini berlokasi di Gresik dengan bahan baku yang
diperoleh dari sumur Bukit Tua, Gresik, Jawa Timur dengan
cadangan gas alam sebesar 52359,62 MMSCFD. Kapasitas
pabrik ini adalah 20 MMSCFD dimana kandungan utamanya
adalah methane 74,83% mol dan ethane sebesar 6,81% mol.
Impuritiesnya adalah CO2 sebesar 0.86% mol, H2S sebesar
7,41% mol, dan H2O sebesar 0,01% mol. Suhu feed dari
pabrik ini sebesar 28oC dan tekanannya 25 bar. Pabrik Cluster
LNG ini memenuhi kebutuhan LNG untuk PLN wilayah Jawa
Timur, Bali dan Lombok sebesar 6,79 MTPA dimana produksi
LNG pabrik ini sebesar 0,13 MTPA sehingga dapat
disimpulkan bahwa pabrik ini memenuhi 1,14% kebutuhan
LNG PLN untuk Jawa Timur, Bali, dan Lombok. Berikut ini
adalah Tabel 1 spesifikasi produk dari pabrik Cluster LNG ini.
Tabel 2
Spesifikasi Produk
B-54
dan proses ini cocok untuk mengikat H2O yang memiliki
ukuran partikel 0,28 nm (2,8 Å).
Unit yang kedua adalah unit acid gas removal yang
berfungsi untuk menghilangkan CO2 dan H2S menggunakan
Pressure Swing Adsorption. Metode pressure swing
adsorption ini cocok untuk pabrik dengan kapasitas kecil,
allowable untuk kadar H2S yang tinggi dan dapat mengikat
CO2 dan H2S juga. Pada proses ini, melibatkan dua molecular
sieve sebagai adsorban yaitu zeolit molecular sieve 13X dan
carbon molecular sieve 3K. Kedua molecular sieve tersebut
berfungsi untuk menyerap pengotor-pengotor yang terikut
bersama feed gas. Zeolit berfungsi untuk mengadsorp CO2 dan
H2S. Carbon berfungsi untuk mengadsorp N2.
Unit yang ketiga adalah fractionation unit yang berfungsi
untuk memisahkan fraksi ringan dengan fraksi berat dari gas
alam berdasarkan titik didih komponennya yaitu LNG dan
LPG. Plant ini dibagi menjadi 2 unit yaitu LNG Distillation
Column dan LPG Distillation Column. Pada pabrik ini kami
menggunakan propane pre-cooled mixed refrigerant sebagai
pendinginnya karena LNG adalah cairan cryogenic yang
berarti temperatur rendah, umumnya di bawah -100oF dan juga
proses ini biaya operasinya lebih murah dibandingkan dengan
pendingin nitrogen [5].
Unit yang terakhir adalah unit liquefaction yang berfungsi
untuk mencairkan LNG sehingga mencapai temperatur -161oC.
Proses yang digunakan adalah expander cycle dengan
refrigerant nitrogen. Proses ini peralatannya lebih sederhana
dan sesuai untuk skala yang kecil serta lebih aman. Berikut ini
adalah Gambar 1 dan Gambar 2 yang menjelaskan keseluruhan
proses [6]-[7].
IV.
Gambar 1. Proses Pabrik Cluster LNG
II. URAIAN PROSES
Secara garis besar proses di pabrik cluster LNG ini terdiri
dari 4 unit. Unit yang pertama adalah unit dehydration yang
berfungsi untuk menghilangkan kadar H2O pada feed gas, agar
tidak terjadi pembekuan H2O selama proses pendinginan. Pada
unit dehydration ini dipilih proses adsorption dengan
adsorbent molecular sieve 3A. Proses adsorption dipilih pada
unit dehydration dikarenakan dengan proses ini H2O dapat
hilang hingga batas max yakni kurang dari 1 ppm, hal ini
sesuai dengan spesifikasi produk yang diinginkan, proses ini
tidak mengadsorp hidrokarbon, proses ini mudah diregenerasi
Gambar 2. Seleksi Proses
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print)
Berikut ini adalah gambar 3 yang menunjukkan flowsheet
proses dari pabrik ini
B-55
V. KESIMPULAN/RINGKASAN
Berdasarkan hasil analisa ekonomi didapatkan nilai IRR
sebesar 39,67% yang lebih tinggi dari suku bunga bank yaitu
12% per tahun, NPV 10 tahun sebesar 63,904 MUSD dimana
pengembalian modalnya selama 2,4 tahun maka pabrik Cluster
LNG ini layak didirikan.
DAFTAR PUSTAKA
[1]
Gambar 3. Process Flow Diagram
III. MATERIAL BALANCE
Berikut merupakan hasil perhitungan dari material balance
pabrik cluster LNG ini dimana kapasitas feed sebesar 20
MMSCFD atau 523,99 ton/day dan produk yang dihasilkan
antara lain LNG sebesar 285,13 ton/day, LPG sebesar 82,38
ton/day, condensate sebesar 192,79 bbl/day [8]-[9].
IV. ANALISA EKONOMI
Dari hasil perhitungan pada neraca ekonomi didapatkan
Total Cost Investment pabrik ini sebesar 60 MUSD dengan
bunga 12% per tahun dan NPV 10 tahun sebesar 63,904
MUSD. Selain itu, diperoleh IRR sebesar 39,67% dan BEP
sebesar 18% dimana pengembalian modalnya selama 2,4
tahun. Umur dari pabrik ini diperkirakan selama 10 tahun
dengan masa periode pembangunannya selama 1,5 tahun di
mana operasi pabrik ini 330 hari/tahun. Berikut ini adalah
Gambar 4 tentang parameter sensitifitas dari pabrik Cluster
LNG ini [10].
Gambar 4. Parameter Sensitifitas
ITS-DSME. 2010. “Process Description for Indonesia Gas Data”.
Daewoo Shipbuilding and Marine Engineering Co.Ltd.
[2] Suprapto, Y. 2007. “LNG and The World of Energy”. Pertamina 1st
Edition.
[3] ITS-DSME. 2010. “Conceptual Design of LNG Top Side Process”.
Daewoo Shipbuilding and Marine Engineering Co.Ltd.
[4] Ludwig, E. 1947. “Design for Chemical and Petrochemical Plants”. Gull
Publishing Houston-Texas.
[5] Van Winkle, M. 1967. “Distillation”. McGraw Hill Book Company.
[6] Kidnay, A and Parrish, W. 2006. “Fundamenmtal of Natural Gas
Processing”. London.
[7] Vilbrandt, D. 1959. “Chemical Engineering Plant Design”. 4th edition
McGraw Hill Book Company.
[8] Himmelblau, D. 2003. “Basic Principles and Calculations in Chemical
Engineering”. International Edition.
[9] Van Ness, S. 1967. “Introduction to Chemical Engineering
Thermodynamics”. 4th International Edition McGraw Hill Book
Company.
[10] Klaus, D.Timmerhaus and Ronald, E.W. 2003. “Plant Design and
Economics for Chemical Engineering”. 5th International Edition
McGraw Hill Book Company.